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影响AFE采样精度的因素——电阻

2019-05-05 09:13
新能源BMS
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前面写AFE起了个头,借着热度,再写一篇。

我们用采样芯片最重要的原因就是精度高,但也要小心使用,因为整个采样电路上面的各个环节都有可能造成采样精度偏差,比如采样链路上面的电阻。

先看下面的采样电路简图,采样链路上面的电阻都有哪些呢?

在上图中,r代表电芯的内阻和电芯铜排连接阻抗之和;Rc代表连接器的接触阻抗与外部采样线束的阻抗之和;Rm代表厂家推荐的采样通道串联电阻;Ri代表AFE内部的等效电阻。r一般是μΩ级别,Rc一般是mΩ级别,Rm是100Ω到10KΩ,Ri是MΩ级别。

Rc是采样线阻抗与连接器的接触电阻之和,它最恶劣的情况是开路,但一般AFE都有断线检测机制,可以识别出来此故障;另外一种情况就是连接不良,此时阻抗可能很大,我们就要当心了,当Rc阻抗与Ri可以比拟时(如下图,省略了一部分电阻),就会对电芯进行分压,进而造成电压采样结果出现偏差。

上面这种情况在日常测试中也经常出现,比如在使用电池模拟工装时,如果工装上同一个通道,并联接入很多采样线束的话,就很容易出现采样偏差,原因就是接触不良。

另外,即使Rc接触良好,我们也要注意一种情况,就是AFE的供电线与采样线共用问题。具体如下图,因为AFE需要由电芯供电,电流大概为10mA左右,如果它与采样线共用一条线,就会在在Rc上面有个压降,可能会造成采样偏差,大家可以去计算一下。

所以很多产品实际单独走了一条线,用来供电,如下图;当然,别忘记还有一条供电地线。这样操作实际可能会引入另外一个问题,就是断线检测正确识别问题,需要特别确认。

Rm是采样通道上面的串联电阻,一般厂家会有推荐范围;厂家的推荐值我想主要是三方面考虑:一是设置固定的滤波截止频率,匹配AFE内部的滤波采样电路与时间,实现高精度;例如ADI推荐的Rm为100Ω,TI推荐是100Ω~1KΩ,NXP推荐的更大。二是考虑AFE通道的漏电流问题,如果漏电流大的话,Rm一定不能太大,否则会在Rm处产生足以影响采样精度的压降。第三就是热插拔防护,这个后面有机会再细聊。

Ri是指AFE采样通道内部的等效电阻,厂家可能会以通道漏电流的形式给出。它的大小直接影响采样精度,因为它与Rm的乘积就是通道上面的压降;下图分别是TIADINXP规格书中漏电流的标称值;所以如果想在电路中加稳压管进行热拔插防护的话,一定要选择好稳压管的漏电流。

r是电芯内阻与铜排阻抗的和,随着电芯的充电或放电,流过r的电流是双向的,所以在r上就会有一个压降±ΔV,这在前面一篇里面也提过;实际AFE采集到的电压值是±ΔV与电芯OCV的叠加后的值;所以当r变大后,就可能影响采样精度,更严重者,可能或损坏通道,原理很简单。

还有一种比较极限的情况是r断路,如下图,此时会涉及一种很危险的场景:当r断开后,整个高压就落在了断开的那个通道上面,接着就会烧毁此通道,这是很危险的事情;所以我们在设计时尽量不要跨接模组进行采样,不过有些模组真是避免不了,那就需要在连接处下功夫了。

总结:

这一篇基本介绍了AFE采样电路所涉及到的各处电阻,知道它们的存在只是第一步,更重要是怎么处理好这些电阻;借着周末,我又写了一些字,也画了一些图,可能没有多少人能看见这个,但希望看见的人,对您的设计有所帮助。

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